淺析蓮崗隧道施工風(fēng)險評估及對策措施

1、淺析蓮崗隧道施工風(fēng)險評估及對策措施摘要：文章結(jié)合深茂鐵路蓮崗隧道工程的具體情況，在施工圖階段風(fēng)險評估的基礎(chǔ)上，綜合實施性施工組織設(shè)計 對蓮崗隧道進行評估并制定相應(yīng)的對策措施，主要側(cè)重于施 工安全，重點對斷層破碎帶富水區(qū)、圍巖塌方、突水突泥等 典型風(fēng)險進行評估。關(guān)鍵詞：隧道工程；風(fēng)險評估；斷層破碎帶；富水區(qū)； 圍巖塌方；突水突泥 文獻標(biāo)識碼： A A中圖分類號： U455U455 文章編號： 1009-23741009-2374（ 20172017）07-0162-0307-0162-03 DOIDOI： 10.13535/ki.11-4406/n.2017.07.07710.13535/ki.

2、11-4406/n.2017.07.0771 1 工程概述蓮崗隧道起止樁號 K151+867.81K151+867.81K154+284K154+284,設(shè)計長度為 2416.19m2416.19m，最大埋深約 252m252m，為單洞雙線隧道；隧址場 區(qū)屬丘陵地貌。丘坡自然坡度2020 3030 ，植被發(fā)育，地面最大標(biāo)高 306m306m，隧道最大埋深約 252m252m。隧道右側(cè) 60m60m 外為 長坑水庫，溢洪道標(biāo)高 36.7m36.7m，比隧道標(biāo)高低 121218m18m。根據(jù)勘察揭示，隧道穿越場地的地層為第四系沖洪積碎石土（ Q4Q4）碎石土，中密，主要分布在隧道出口。下部為燕 山

3、期晚期花崗巖（Y5 5）,按風(fēng)化程度可分為全、強、弱風(fēng)化 三層。隧道V級圍巖 116.19m116.19m， 占 5.1%5.1%;W級圍巖 260m260m , 占 11.3%11.3%;川級圍巖 150m150m，占 6.5%6.5%;H級圍巖 1771m1771m，占 77.1%77.1%。蓮崗隧道洞身穿越多條斷層，多條節(jié)理裂隙密集帶。隧 道場地地下水類型主要為松散巖類孔隙水及基巖裂隙水，地 質(zhì)鉆深測出涌水量為 1560m3/d1560m3/d ，隧道單位長度最大涌水量 為 2.01m3/d2.01m3/d ，最大涌水量 ?_2364m3/d?_2364m3/d ，屬弱富水區(qū)， 在隧道

4、開挖后，由于卸荷、偏壓等效應(yīng)使地應(yīng)力重新分配，可能導(dǎo) 致潛部裂隙張開，其導(dǎo)水能力增強，易使地表水溪水漏失， 流量減少。隧址區(qū)內(nèi)主要不良地質(zhì)現(xiàn)象包括危巖落石等。2 2 蓮崗隧道風(fēng)險評估內(nèi)容和評估方法2.12.1 風(fēng)險評估程序按照鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定的要求，結(jié) 合蓮崗隧道的實際情況，確定風(fēng)險評估基本程序如下： （1 1） 施工前針對本隧道地質(zhì)資料，確定可能產(chǎn)生風(fēng)險因素發(fā)生的 概率和可能造成的損失; （ 2 2）確定風(fēng)險因素對施工安全的影 響程度，分析各風(fēng)險因素的影響范圍;（ 3 3）對各風(fēng)險因素的等級進行定性分析，最終確定隧道施工風(fēng)險等級;（ 4 4）根據(jù)隧道風(fēng)險等級選擇最合理的施工方案

5、、防護措施;（ 5 5）將風(fēng)險評估報告及防護措施報上級單位進行審查，并提出修正意 見;（ 6 6）經(jīng)過上級部門及相關(guān)專家的評審，完善風(fēng)險評估報 告并嚴(yán)格執(zhí)行。2.22.2 風(fēng)險評估流程圖2.32.3 評估內(nèi)容 根據(jù)蓮崗隧道的地質(zhì)成因，工期要求，現(xiàn)有施工水平，對洞門施工、隧道開挖及支護，二次襯砌、隧道防排水、通 風(fēng)等每一項工作進行風(fēng)險評估，找出風(fēng)險源。本次針對塌方 （垮塌）、斷層涌水、 進洞風(fēng)險、 危巖落石等進行風(fēng)險評估。2.42.4 風(fēng)險指標(biāo)體系 蓮崗隧道風(fēng)險指標(biāo)體系見表 2 2：2.52.5 風(fēng)險源清單表 根據(jù)設(shè)計和地勘資料分析蓮崗隧道風(fēng)險類型，可能產(chǎn)生 風(fēng)險的原因及風(fēng)險源，可能產(chǎn)生的嚴(yán)重后

6、果見“蓮崗隧道風(fēng) 險清單表”。3 3 超前地質(zhì)預(yù)報與風(fēng)險評估3.13.1 地質(zhì)勘探和現(xiàn)場調(diào)查資料 根據(jù)設(shè)計單位提供的地質(zhì)資， 蓮崗隧道共有 9 9 條斷層（其 中 4 4 條斷層與水庫連通）及兩個節(jié)理裂隙密集帶。隧道施工 時，先采用地質(zhì)雷達儀、紅外線探水儀、地震波反射法和常 規(guī)地質(zhì)法等儀器設(shè)備，分別對施工掌子面前方3030100m100m 范圍內(nèi)的隧道圍巖進行探測，對各種儀器所探測的前方圍巖情 況、圍巖間水源補給、巖體內(nèi)涌水量大小及壓力等情況進行 綜合分析。同時通過超前地質(zhì)預(yù)報發(fā)現(xiàn)圍巖中的軟弱夾層、 異常帶和巖體破碎帶等，找出易坍塌、塌方段、可能產(chǎn)生的危巖落石段等風(fēng)險事件。3.23.2 地質(zhì)素

7、描確定巖性，控制風(fēng)險事件 地質(zhì)素描的目的，每次爆破后或掌子開挖后，對掌握掌 子面正面和側(cè)面進行量測， 及時掌握圍巖產(chǎn)狀、 結(jié)構(gòu)、巖性、 穩(wěn)定程度、是否存在危巖落石情況以及圍巖裂隙、不良氣體 濃度等，繪制掌子面地質(zhì)素描圖和洞身地質(zhì)素描圖。當(dāng)初期 支護完成后，檢查噴射混凝土是否開裂和掉塊現(xiàn)象并做出記 錄， 施工中監(jiān)測地表水文狀態(tài)大小時間及形成的態(tài)勢， 分析 地表水對隧道施工對的影響，確定施工控制措施，根據(jù)地質(zhì) 素描圖和監(jiān)測記錄掌握開挖掌子面是否安全，施工方案是否 得當(dāng)，積累施工資料和施工經(jīng)驗。3.33.3 TSP203TSP203 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，控制風(fēng)險事件充分利用 TSP203TSP203

8、超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，由于 TSP203TSP203 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)具有高分辨率的隧道折射地震（微地震）勘探 能力，可監(jiān)測斷裂和巖石強度降低地帶的圍巖狀況， 其監(jiān)測 距離 150150300300m m內(nèi)。其目的是為了預(yù)測圍巖的物理特性和巖 石類型的變化、破碎帶、破裂區(qū)、陷穴的出現(xiàn)等，對施工方 案及時進行補救或修改，確定安全的爆破方案，確定掘進尺 寸等。3.43.4 地質(zhì)雷達預(yù)報，控制風(fēng)險事件 應(yīng)用電磁波反射原理進行探測。由于地質(zhì)雷達儀能隧道圍進行短距離（ 303040m40m 以內(nèi)）的監(jiān)測預(yù)報，并能精確分析巖性結(jié)構(gòu)變化情況。在施工過程中我們經(jīng)常采用地質(zhì)雷達作 為探測隧道圍巖的補充手段，同時用以

9、檢測二次初襯砌的質(zhì) 量。3.53.5 紅外探水，控制風(fēng)險事件紅外探水儀由于操作方便， 能每 20m20m 測量一次。 并且準(zhǔn) 確率高，因此用它來監(jiān)測隧道圍巖是否存在裂隙水和涌水， 但對水量、水壓等重要參數(shù)無法預(yù)報。3.63.6 利用超前水平鉆探，控制風(fēng)險事件 當(dāng)采用紅外探水儀探測到隧道掌子面前方存在涌水或 裂隙水時，為了明確水量大小及壓力值則需要采用超前水平 鉆探進行探測，采用超前水平鉆探可以明確了解掌子面前方 圍巖組成，巖性等資料，對圍巖級別的判斷提供有力依據(jù)， 并對下一步施工方案的確定指明了方向。 3.73.7 隧道施 工監(jiān)控量測，控制風(fēng)險事件按照鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)范(TB10121-

10、2007TB10121-2007)及“鐵建設(shè)【 2020 1 1 0 0 】 1 1 2020 號”文的相關(guān)要求進行監(jiān)控量測。監(jiān) 測各施工階段圍巖支護狀態(tài)、確保施工安全，超前地質(zhì)預(yù)制 系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對幫助確定安全合理的開挖和支護方案起到了十 分重要的作用，施工過程中的監(jiān)控測量數(shù)據(jù)，則是考量初期 支護設(shè)計參數(shù)是否安全合理的一個重要依據(jù)，同時也是考量 二次襯砌和仰拱的施做時間的一個重要依據(jù)。3.83.8 蓮崗隧道過程控制措施在施工過程中，要更加注意單一超前地質(zhì)預(yù)報的局限性， 同時僅憑設(shè)計地質(zhì)勘探資料和現(xiàn)場調(diào)查資料進行對比分析 是不夠的，針對性地采用超前地質(zhì)預(yù)報監(jiān)測手段，綜合分析 判斷圍巖的巖性、風(fēng)化程

11、度、斷層位置及狀況、涌水量及涌 水壓力等，確定合理的施工方案，并進行動態(tài)監(jiān)控，對不足 的地方及時進行調(diào)整。蓮崗隧道施工主要是針對坍塌、塌方，斷層涌水，危巖 落石，環(huán)境影響等風(fēng)險事件提出對策措施。4 4 主要風(fēng)險及對策措施4.14.1 蓮崗隧道坍塌、塌方施工對策措施 蓮崗隧道經(jīng)地質(zhì)斷層破碎帶，且涌水量大，在隧道開挖 后極易產(chǎn)生坍塌、塌方現(xiàn)象，洞門施工時處理不當(dāng)也容易導(dǎo) 致邊坡失穩(wěn)坍塌。針對本隧道的施工特點，經(jīng)過風(fēng)險評估后， 將采用以下應(yīng)對措施： （ 1 1）明洞及洞門段地質(zhì)穩(wěn)定性差，開 挖時采用人工配合機械由上而下進行。遇到較大孤石或少量 硬質(zhì)巖時， 風(fēng)鉆打眼、 微藥量解體， 風(fēng)鎬修鑿輪廓或非電

12、控 制光面爆破，不得擾動邊坡，影響邊坡穩(wěn)定。洞門處棄碴采 用裝載機或挖掘機裝車，然后運輸?shù)江h(huán)保局規(guī)定卸碴地點卸 車。邊坡開挖前做好排水系統(tǒng)，開挖坡度按設(shè)計圖實施，當(dāng) 開挖到洞口時施作洞門，開成穩(wěn)定的進洞狀態(tài)。結(jié)合邊坡地 形穩(wěn)定程度，坡面用錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴砼作為臨時防護，以 確保施工安全； （2 2）明洞的防排水施工與隧道的排水側(cè)溝及 洞頂?shù)慕?、排水設(shè)施統(tǒng)籌考慮，明洞外模拆除后及時施作防 水涂料及墻后排水盲溝，在明、暗洞分界處設(shè)環(huán)向止水帶， 洞門施工完成后， 進一步完善洞外排水系統(tǒng)， 確保洞外安全， 防止坍塌、塌方現(xiàn)象發(fā)生； （ 3 3）掌握圍巖的發(fā)展變形規(guī)律，確定安全的施工方案，嚴(yán)格按照工藝工

13、法的要求進行施工， 嚴(yán)格控制爆破藥量， 減少對圍巖的擾動， 及時施工初期支護；（4 4）當(dāng)遇塌方體前進行預(yù)支護，支護方法根據(jù)圍巖穩(wěn)定程 度，采用注漿大管棚輔以注漿小導(dǎo)管或直接用注漿小導(dǎo)管注 漿，穩(wěn)定塌方體。對塌方體采用短進尺、分階段開挖以策安 全，對塌方體的支護做到隨挖隨支，以減少圍巖暴露時間；（5 5）塌方體段二次襯砌工作緊跟開挖工作面進行，力求盡 早襯砌成環(huán)； （6 6）加強監(jiān)控量測頻率，及時發(fā)現(xiàn)圍巖變形， 迅速采取有效的處理措施。4.24.2 危巖落石的應(yīng)對措施 蓮崗隧道部分地質(zhì)巖性為巖體破碎，巖芯呈砂狀土狀， 原巖結(jié)構(gòu)可辨，手捏易散、碎，浸水易軟化、崩解，常夾有 球狀強弱風(fēng)化孤石。危巖

14、在外應(yīng)力的作用下常突然下落， 危害性大，且性質(zhì)復(fù)雜極易造成危巖落石，危害施工安全。危巖落石分布于蓮崗隧道洞口邊坡處，洞內(nèi)遇到圍巖破 碎、堆積松散也容易產(chǎn)生危巖落石。（ 1 1）在洞門外修筑排水設(shè)施，防止巖體被水浸泡，發(fā) 生脫落。采用掛網(wǎng) + +錨桿 + +噴射混凝土防護； （2 2）開挖時，對 洞內(nèi)不穩(wěn)定的危巖落石及時清理干凈， 及時支護， 形成保護； （3 3）加強監(jiān)控監(jiān)測，確定危巖落石的面積和范圍，及時防 護確保安全。4.34.3 蓮崗隧道斷層富水地段施工控制措施 本隧道存在斷層富水地段，極易產(chǎn)生突然涌水、涌泥現(xiàn) 象危及施工安全，在風(fēng)險評估中將本隧道斷層涌水施工方案 進行重點評估。（ 1

15、1）采用超前地質(zhì)預(yù)報手段和通過正洞已開挖地段實 測涌水量來推斷未開挖地段的涌水量； （ 2 2）超前水平鉆孔： 當(dāng)采用物探法探測前方有可能出現(xiàn)突泥、突水時，利用水平 鉆機鉆孔，探水孔直徑一般為 5050120mm120mm，鉆孔外插角為 1010,每次鉆進 202030m30m，保留 5m5m 止?jié){盤巖，暫時封閉水 量較小的探孔，只留一個噴距最大的探孔量測噴出水的距離； （3 3）斷層、富水地段的施工原則。斷層、富水地段施工原 則為“以堵為主、限量排放” ，有效堵塞滲水通道，降低圍 巖的滲水能力，確保隧道施工安全和施工質(zhì)量； （ 4 4）探水及 注漿。采用超前鉆探探測水量。根據(jù)探水孔涌水量及涌

16、水壓 力大小決定注漿止水的施工方法；（5 5）全？嗝駟人蛔 1313 ? ?止水。 當(dāng)接近斷層破碎帶且水量較大可能發(fā)生突水地段時，采用超 前帷幕預(yù)注漿和開挖后徑向補充注漿形式封堵地下水流。超 前帷幕注漿的注漿范圍為襯砌外5m5m 或 8m8m,單孔注漿漿液擴散半徑為 4m4m。超前注漿每一循環(huán)注漿長度為 30m30m ,開挖 22m22m,保留 8m8m 止?jié){巖盤壓力注漿按先外圈后內(nèi)圈、 先下后上、 先疏后密的順序， 分批進行，同一圈孔間隔施工。巖層破碎容易造成坍孔時采 用分段前進式注漿，為避免鉆孔串漿，可以鉆一孔注一孔。4.44.4 蓮崗隧道環(huán)境影響施工控制措施 施工中根據(jù)蓮崗隧道施工可能對

17、環(huán)境造成的不利影響， 制定了詳細的施工方案，在施工過程中將嚴(yán)格按照施工方案 進行施工。5 5 結(jié)語 蓮崗隧道是深茂鐵路的重難點工程，隧道洞身穿越多條斷層，多條節(jié)理裂隙密集帶，在隧道開挖后，由于卸荷、偏 壓等效應(yīng)使地應(yīng)力重新分配，可能導(dǎo)致潛部裂隙張開，其導(dǎo) 水能力增強，易使地表水溪水漏失，流量減少。此外，蓮崗 隧道長度較大。綜上所述，蓮崗隧道風(fēng)險較高。所以，在施 工過程中，通過加強監(jiān)控量測，及時掌握圍巖以及支護的狀 態(tài)等措施盡可能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保障施工安全，確保隧 道工程質(zhì)量。參考文獻11 杜立新，王慶林 . .淺談蘭渝鐵路隧道四大高風(fēng)險源及應(yīng)對措施JJ現(xiàn)代隧道技術(shù)，20112011 , 4848 (2 2). .22魏龍海，賈媛媛黑山門隧道安全風(fēng)險評估研究JJ廣東公路交通， 20112011